杨振宁:宇宙中的四大基本力

1922年出生在安徽合肥的杨振宁,在1942年毕业于西南联大,1948年取得芝加哥大学哲学博士学位。后来,他去过普林斯顿、石溪、香港、清华、南开还有中山等地方。每到一个地方,他都建立起理论物理研究所、高等研究中心和博文讲座教授这些学术阵地。中美关系缓和以后,他成为第一个回大陆访问的华裔科学家,并且一直推动中美两国的学术和文化交流。 石溪分校的理论物理研究所为杨振宁举办了退休研讨会,之后这所研究所以他的名字命名了。杨—Mills方程是杨振宁和R.L.米尔斯在1954年把电磁学中的阿贝尔规范场推广到非阿贝尔规范场后写下的。当时这篇论文不太受关注,但到了60年代和70年代,自发对称破缺的概念加入后,这套理论就像积木一样搭出了标准模型,把弱电相互作用和强相互作用统一了起来。现在我们说的四大力学中的三力——弱力、电磁力还有强力——都可以由这个方程推导出来。引力虽然是爱因斯坦发明的,但它在数学结构上和杨—Mills方程也有相似之处。 1956年,李政道和杨振宁详细检查了所有数据,大胆提出θ和τ并不是两种粒子,而是同一种粒子的镜像。在弱相互作用下,镜像粒子居然左右不一样了!这个令人震惊的结论直接把宇称守恒从神坛上拉了下来,也开始了粒子物理学的新时代。 吴健雄用钴60的β衰变证实了李政道和杨振宁的假设。消息传出来以后全世界都轰动了,诺贝尔奖很快就颁给了他们。从提出假设到获得诺贝尔奖只用了不到一年的时间。 实验验证了杨—Mills方程的正确性之后,标准模型的预言一个接一个地被实验证实了:7位诺贝尔奖得主发现了预言中的粒子;还有几十位学者在标准模型的框架内做研究也得到了认可;更有意思的是有6位菲尔兹奖得主的工作直接来源于杨—Mills方程的数学推演。 现在高能物理学已经进入了“精准时代”,但是引力还没有被纳入标准模型中去。杨振宁还在思考:当宇宙中的四大基本力最终结合在一起的时候,我们会不会看到新的对称性破缺?答案也许就在下一代实验和理论的交叉点上——那里还有一束光等着被照亮呢。 物理学家心里一直有一个信条:宇称守恒是物理世界里不可动摇的法则。量子力学里面把宇称定义为“左右对称”,它就像一条铁律一样存在着:只要实验条件不变,今天做的实验结果和十年后或者在另一个实验室做出来的结果必须是完全一样的。所以当θ和τ这对“孪生”介子在1950年代初被发现时——它们的自旋、质量还有寿命完全相同,但一个衰变出两个π介子,另一个衰变出三个π介子——物理学家们几乎是本能地拒绝相信“它们其实是同一种粒子”。 当时有位诺贝尔奖得主布洛赫还开玩笑说:“如果宇称不守恒的话我就把帽子吃掉。”结果吴健雄真的用实验结果让他不得不把帽子吃掉了。